FI129591B - Mems-resonaattori korkealla hyvyysluvulla ja sen käyttö - Google Patents

Mems-resonaattori korkealla hyvyysluvulla ja sen käyttö Download PDF

Info

Publication number
FI129591B
FI129591B FI20206125A FI20206125A FI129591B FI 129591 B FI129591 B FI 129591B FI 20206125 A FI20206125 A FI 20206125A FI 20206125 A FI20206125 A FI 20206125A FI 129591 B FI129591 B FI 129591B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
layer
mems resonator
resonator
thermal diffusivity
low thermal
Prior art date
Application number
FI20206125A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20206125A1 (fi
Inventor
Aarne Oja
Panu Koppinen
Antti Jaakkola
Original Assignee
Kyocera Tikitin Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Tikitin Oy filed Critical Kyocera Tikitin Oy
Priority to FI20206125A priority Critical patent/FI129591B/fi
Priority to US18/251,020 priority patent/US20230412140A1/en
Priority to PCT/FI2021/050626 priority patent/WO2022096774A1/en
Publication of FI20206125A1 publication Critical patent/FI20206125A1/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI129591B publication Critical patent/FI129591B/fi

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02244Details of microelectro-mechanical resonators
    • H03H9/02433Means for compensation or elimination of undesired effects
    • H03H9/02448Means for compensation or elimination of undesired effects of temperature influence
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/24Constructional features of resonators of material which is not piezoelectric, electrostrictive, or magnetostrictive
    • H03H9/2405Constructional features of resonators of material which is not piezoelectric, electrostrictive, or magnetostrictive of microelectro-mechanical resonators
    • H03H9/2447Beam resonators
    • H03H9/2452Free-free beam resonators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0064Constitution or structural means for improving or controlling the physical properties of a device
    • B81B3/0081Thermal properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/0072Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks of microelectro-mechanical resonators or networks
    • H03H3/0076Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks of microelectro-mechanical resonators or networks for obtaining desired frequency or temperature coefficients
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/013Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for obtaining desired frequency or temperature coefficient
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H03H3/04Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks for obtaining desired frequency or temperature coefficient
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02244Details of microelectro-mechanical resonators
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/171Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
    • H03H9/172Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
    • H03H9/173Air-gaps
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02244Details of microelectro-mechanical resonators
    • H03H2009/02283Vibrating means
    • H03H2009/02291Beams
    • H03H2009/02322Material
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H2009/155Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material using MEMS techniques
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/05Holders; Supports
    • H03H9/0538Constructional combinations of supports or holders with electromechanical or other electronic elements
    • H03H9/0547Constructional combinations of supports or holders with electromechanical or other electronic elements consisting of a vertical arrangement
    • H03H9/0561Constructional combinations of supports or holders with electromechanical or other electronic elements consisting of a vertical arrangement consisting of a multilayered structure

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

MEMS (mikroelektromekaaninen systeemi) resonaattori (100), joka käsittää materiaalikerroksen (L5) yksikiteistä piitä, vähintään yhden kerroksen (L2, L4), joka on tehty matalan termisen diffusiviteetin materiaalista termoelastisten häviöiden vähentämiseksi MEMS resonaattorissa (100), pietsosähköisen materiaalin kerroksen (L3), ja kerroksen (L1), joka on tehty sähköä johtavasta materiaalista. Mainittu matalan termisen diffusiviteetin kerros (L2, L4) on mainitun yksikiteisen piin kerroksen (L5) ja mainitun pietsosähköisen kerroksen (L3) välissä, tai mainitun pietsosähköisen kerroksen (L3) ja mainitun sähköä johtavan kerroksen (L1) välissä. Matalan termisen diffusiviteetin materiaalikerroksen (L2, L4) käyttö.

Claims (18)

PATENTTIVAATIMUKSET
1. MEMS (mikroelektromekaaninen systeemi) resonaattori (100), joka käsittää materiaalipinon (L1-L5), tunnettu siitä, että materiaalipino (L1-L5) käsittää seuraavat kerrokset: materiaalikerroksen (L5) yksikiteistä piitä; vähintään yhden kerroksen (L2, L4), joka on tehty matalan termisen diffusiviteetin materiaalista; pietsosähköisen materiaalin kerroksen (L3); ja kerroksen (L1), joka on tehty sähköä johtavasta materiaalista, missä materiaalipino (L1-L5) on erotettu substraatista (L7) kaviteetilla (102) ja mainittu matalan termisen diffusiviteetin kerros (L2, L4) on mainitun yksikiteisen piin kerroksen (L5) ja mainitun pietsosähköisen kerroksen (L3) välissä tai mainitun pietsosähköisen kerroksen (L3) ja mainitun sähköä johtavan kerroksen (L1) välissä.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen MEMS resonaattori, jossa resonaattori (100) käsittää kaksi kerrosta (L2, L4), jotka on tehty matalan termisen diffusiviteetin materiaalista ja yksi näistä kerroksista (L2, L4), jotka on tehty matalan termisen diffusiviteetin materiaalista, on mainitun yksikiteisen piin kerroksen (L5) ja mainitun pietsosähköisen kerroksen (L3) välissä, ja toinen mainituista kerroksista (L2, L4), jotka on tehty matalan termisen diffusiviteetin materiaalista, on mainitun pietsosähköisen kerroksen (L3) ja mainitun sähköä johtavan kerroksen (L1) välissä.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen MEMS resonaattori, jossa mainitun kerroksen (L2, L4), joka on tehty matalan termisen diffusiviteetin materiaalista, ja mainitun pietsosähköisen kerroksen (L 3) välimatka on alle 300 nanometriä. =
4. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen MEMS resonaattori, jossa a 25 enemmän kuin 50% resonaattorin massasta koostuu piistä, joka on doupattu vähintään 2 keskimääräiseen epäpuhtauskonsentraatioon 2*10'? cm”. S
5. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen MEMS resonaattori, jossa E mainittu kerros (L2, L4), joka on tehty matalan termisen diffusiviteetin materiaalista, ja 10 mainittu pietsosähköinen kerros (L3) ovat kontaktissa toisiinsa. S 30
6 Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen MEMS resonaattori, jossa N MEMS resonaattorin kerrosrakenne on toteutettu ilman, että yksikiteisen piin kerros on molemmilla puolilla pietsosähköistä kerrosta (L3).
7. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen MEMS resonaattori, joka käsittää yläelektrodin, joka on muodostettu mainitun sähköä johtavan kerroksen (L1) kuvioinnilla.
8. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen MEMS resonaattori, jossa MEMS resonaattorin (100) resonanssimoodi on pituuslaajeneva muoto.
9. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen MEMS resonaattori, jossa mainittu kerros (L2, L4), joka on tehty matalan termisen diffusiviteetin materiaalista, on tehty piidioksidista, Al2O3, tai muusta oksidista, kuten TiO. tai HfO;, SisN4 tai muusta nitridistä, kuten Ti, Cr, tai W -nitridistä lukuisissa stoikiometrioissa, amorfisesta SiC, amorfisesta Si, amorfisesta AIN, tai muusta amorfisesta materiaalista, tai tällaisten materiaalien yhdistelmästä.
10. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen MEMS resonaattori, jossa mainitun kerroksen (L2, L 4), joka on tehty matalan termisen diffusiviteetin materiaalista, paksuus on välillä 20 nm — 1000 nm.
11.Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen MEMS resonaattori, jossa mainitun kerroksen (L2, L 4), joka on tehty matalan termisen diffusiviteetin materiaalista, paksuus on suurempi kuin 0,4 um x (f/MHz)'!?.
12. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen MEMS resonaattori, jossa mainitun kerroksen (L2, L 4), joka on tehty matalan termisen diffusiviteetin materiaalista, terminen diffusiviteetti on alle 20x10* m?/s.
13. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen MEMS resonaattori, jossa mainittu pietsosähköinen kerros (L3) on AIN, Sc-doupattu AIN (Al1xScxN), ZnO, LiNbO3, tai LiTaOs kerros.
N
14. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen MEMS resonaattori, joka 5 25 käsittää Mo- kerroksen (L5B) mainitun kerroksen (L4), joka on tehty matalan termisen N diffusiviteetin materiaalista, ja pietsosähköisen kerroksen (L3) välissä.
NN oO I
15. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen MEMS resonaattori, jossa a + MEMS resonaattorin resonanssitaajuus on 1 MHz tai suurempi.
LO
N o
16. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen MEMS resonaattori, jossa N 30 MEMS resonaattorin resonanssitaajuus on välillä 4 MHz — 250 MHz.
N
17.Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen MEMS resonaattori, jossa resonaattori (100) käsittää pitkänomaisia materiaaliosuuksia, joiden pituussuunnat ovat samansuuntaisia tai olennaisesti samansuuntaisia <100> kidesuunnan kanssa ja jotka eroavat enintään 15 astetta <100> suunnasta.
18. Matalan termisen diffusiviteetin materiaalista tehdyn materiaalikerroksen (L2, L 4) käyttö, tunnettu — siitä, että matalan termisen diffusiviteetin materiaalista tehtyä materiaalikerrosta (L2, L4) käytetään termoelastisten häviöiden vähentämiseksi MEMS resonaattorissa (100), joka käsittää materiaalipinon (L1-L5), joka on erotettu substraatista (L7) kaviteetilla (102), sovittamalla mainittu matalan diffusiviteetin kerros (L2, L4) materiaalipinossa mainitun yksikiteisen piin kerroksen (L5) ja mainitun pietsosähköisen kerroksen (L3) väliin ja/tai mainitun pietsosähköisen kerroksen (L3) ja mainitun sähköä johtavan kerroksen (L1) väliin.
N
O
N
O
N o
I a a
LO
N
O
O
N
O
N
FI20206125A 2020-11-06 2020-11-06 Mems-resonaattori korkealla hyvyysluvulla ja sen käyttö FI129591B (fi)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20206125A FI129591B (fi) 2020-11-06 2020-11-06 Mems-resonaattori korkealla hyvyysluvulla ja sen käyttö
US18/251,020 US20230412140A1 (en) 2020-11-06 2021-09-23 Mems resonator with high quality factor and its use
PCT/FI2021/050626 WO2022096774A1 (en) 2020-11-06 2021-09-23 Mems resonator with high quality factor and its use

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20206125A FI129591B (fi) 2020-11-06 2020-11-06 Mems-resonaattori korkealla hyvyysluvulla ja sen käyttö

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI20206125A1 FI20206125A1 (fi) 2022-05-07
FI129591B true FI129591B (fi) 2022-05-13

Family

ID=78078280

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20206125A FI129591B (fi) 2020-11-06 2020-11-06 Mems-resonaattori korkealla hyvyysluvulla ja sen käyttö

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230412140A1 (fi)
FI (1) FI129591B (fi)
WO (1) WO2022096774A1 (fi)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2377176B1 (en) * 2008-12-17 2016-12-14 Analog Devices, Inc. Mechanical resonating structures including a temperature compensation structure
JP6003994B2 (ja) * 2012-09-13 2016-10-05 株式会社村田製作所 振動装置及びその製造方法
FI130145B (fi) * 2019-04-15 2023-03-13 Tikitin Oy Mikroelektromekaaninen resonaattori

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022096774A1 (en) 2022-05-12
FI20206125A1 (fi) 2022-05-07
US20230412140A1 (en) 2023-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6109752B2 (ja) 新規な微小機械デバイス
US8558643B2 (en) Micromechanical device including N-type doping for providing temperature compensation and method of designing thereof
EP2603976B1 (en) Micromechanical resonator and method for manufacturing thereof
JP7266077B2 (ja) マイクロメカニカル共振器
US20080292127A1 (en) Electroacoustic Component
US20220166406A1 (en) Microelectromechanical resonator
CN113285687B (zh) 温度补偿型薄膜体声波谐振器及其形成方法、电子设备
US20210013862A1 (en) Multiple layer system, method of manufacture and saw device formed on the multiple layer system
US11495726B2 (en) Piezoelectric element, and resonator using piezoelectric element
JP2019525526A (ja) 高q値を有する圧電mems共振子
GB2069278A (en) Surface acoustic wave device
US20230133733A1 (en) Microelectromechanical system resonator assembly
FI129591B (fi) Mems-resonaattori korkealla hyvyysluvulla ja sen käyttö
US20230231538A1 (en) Mems resonator and manufacturing method
US20200115219A1 (en) Silicon Carbide Microelectromechanical Structure, Device, and Method
TWI775603B (zh) 聲波共振器濾波器
JP2007500478A (ja) 積層共振器及び前記共振器を内蔵するタイムベース
JP2000138381A (ja) 密閉容器及びその製造方法
US20240339985A1 (en) Temperature-stable mems resonator
JPWO2020212648A5 (fi)
CN114866060A (zh) 一种耦合谐振器及其制备方法
CN117559950A (zh) 一种复合结构微机械谐振器及其加工方法
WO2024218431A1 (en) Slanted resonator

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 129591

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B